República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria

Instituto universitario tecnológico del estado Bolívar

IUTEB

CONTROL DE MAQUINAS ELECTRICAS

Profesora:                                                                             Integrantes:           

 Migzorys Fernández                                                                          José Garrido

              

           

Ciudad Bolívar, Abril de 2016

v  Control de velocidad en motores de inducción 

   Existen dos técnicas para controlar la velocidad de un motor de inducción, una de las cuales consiste en variar la velocidad sincrónica (velocidad de los campos magnéticos del rotor y del estator) puesto a que la velocidad del rotor siempre permanece cerca de nsinc . La otra técnica consiste en variar el deslizamiento del motor para una carga dada.

La velocidad sincrónica de un motor de inducción queda dada por:

En donde ƒе es la frecuencia de línea, y P es el número de polos.

   Por lo tanto las únicas formas en que se puede variar la velocidad sincrónica de la maquina son:

•        Cambiando la frecuencia eléctrica.

•       Cambiando el número de polos de la máquina.

   El control del deslizamiento puede ser llevado a cabo bien sea variando la resistencia del rotor o variando  el voltaje en las terminales del motor.

v  Cambio del número de polos.

   Hay dos métodos importantes para cambiar el número de polos en un motor de inducción:

•              Método de polos consecuentes.

•           Devanados del estator múltiples.

   El primer método es antiguo debido a  que tiene sus inicios en 1897, este se basa en el hecho de que el número de polos en los devanados estatóricos de un motor de inducción se puede cambiar con facilidad en relación de 2:1 con solo efectuar simples cambios en la conexión de las bobinas.

   Al variar los polos se produce un funcionamiento relativamente satisfactorio puesto que se ha variado el número de polos tanto del rotor como para el estator de la máquina. 

   Dichos motores polifásicos de jaula y monofásicos se denominan motores de inducción de velocidad múltiple. Estos poseen devanados estatóricos, específicamente diseñados para la variación de polos mediante los métodos de conmutación manual o automático, en que los diversos devanados estatóricos primarios se conectan en combinación serie paralelo.

 

   Los motores de inducción de velocidad múltiple son asequibles en combinaciones de velocidad síncrona doblada o cuatriplicada, mediante la variación de polos.

Como metodo de control de velocidad solo puede utilizarse para producir velocidades relativamente fijas (600, 900, 1200 o 1800 r.p.m) para un motor de induccion cuya velocidad varia sololigeramente (del 2 al 8 %) desde el vacio a plena carga.

   Este metodo presenta las siguientes ventajas:

•       Elevado rendimiento a cualquier ajuste de la velocidad.

•          Buena regulacion de la velocidad para cualquier ajuste de la misma.

•      Simplicidad de control en la obtencion de cualquier velocidad determinada mediante la conmutacion manual o automatica.
  
  
  
  
  
  Imagen 2: Devanado de 2 a 4 polos mediante a polos consecuentes.
  
  
     Se puede observar una configuracion de dos polos, cuando la conexión en una de las dos bobinas se invierte, los dos son polos norte y el flujo magnetico retorna al estator en puntos intermedios entre las dos bobinas. Los polos sur son llamados polos consecuentes y el devanado es ahora de 4 polos.
  
  
     La variacion polar se emplea, primordialmente, donde se desee obtener la versatilidad de dos o cuatrol velocidades relativamente constantes que esten ampliamente separadas. Por ejemplo en taladradoras para perforar materiales de diferente dureza y grosor.
  
  
  Sus mayores inconvenientes son:

•       Se requiere un motor especial, que posea los devanados necesarios y las terminales llevados al exterior  del estator para intercambio de polos.

•          No puede conseguirse un control gradual y continuo de la velocidad.

   Un inconveniente con este metodo de polos consecuentes es que las velocidades obtenidas estan en relacion 2:1, y no se pueden conseguir velocidades intermedias mediante los procedimientos de conmutacion. Este inconveniente queda superado mediante la utilizacion de dos devanados independientes, cada cual creando un campo y un numero de polos total independientes. Por ejemplo: si hablamos de un motor trifasico de dos devanados, uno de ellos se bobina para cuatro polos, y el otro, para 6 polos. De esta forma, el primer devanado producira una velocidad elevada de 1800 r.p.m., mientras que el segundo, una baja de 1200 r.p.m.

   Cuando el principio del motor de induccion de velocidad multiple, de doble devanado, se combina con el metodo de conexión de polos consecuentes, se obtiene un total de cuatro velocidades sincronas (1800, 1200, 900 y 600 r.p.m).

Los inconvenientes de dicho motor en comparacion con el de polos subsecuentes son:

•         Mayor tamaño y peso para la misma potencia (puesto que solo se emplea un devanado al mismo tiempo).

•        Costo mas elevado debido al mayor tamaño de la carcasa. 
  
  

•      Mayor reactacia de dispersion porque las ranuras necesarias para los dos devanados son mas profundas.

•         Regulacion mas pobre de la velocidad debido a la mayor reactancia de cada devanado.
  
  
    Control de la resistencia del secundario.
     La insercion de una resistencia rotorica suplementaria produce un incremento en el deslizamiento del rotor.
  
  
  1)      Variacion de la velocidad de una amplia gama por debajo por debajo de la velocidad cincronica del motor.
  
  
  2)      Simplisidad de fuciona miento. Tanto del punto de vista manual como automatico.
  
  
  3)      Costos iniciales y de mantenimiento bajos oara los reguladores manuales y automaticos.
  
  
  Sin embargo presenta los inconveniente de:
  
  
  1)        Bajo rendimiento debido al aumento de las perdidas de la resistencia del rotor  (a grandes valores de deslizamiento estas perdidas estas son casi las totales, los representa lafigura 3).
  
  
  2)      Sobre regulacion de velocidad.
  
  
  
  
  
  Imagen 3: Control de velocidad mediante variacion de la resistencia del rotor.
  
  
          El motor de induccion de rotor bobinadose emplea mucho con contro de la resistencia secundaria para carga de la naturaleza intermitente, requiriendo par de arranque elevado y aceleracion y desaceleracion relativamente rapido, tales como gruas de funciones, siderurgica y donde una elevada corriente de arraque ocasiones serias perturbacines de la linea. 
  
  
     Ya que la velocidad y el desplazamiento de un rotor de induccion de rotor bobinado son proporcionales a la resistencia del rotor, el metodo de control de la velocidad mediante la variacion de laresitencia secundaria del rotor se denomina a veces control de deslizamiento.
  
  
  
    Control del voltaje de linea.
  
  
         El par del motor de induccion bajo condiciones de arraque y de marcha varia con el cuadrado del voltaje aplicado al primario del estator. Para una carga determina, reduciendo el voltaje de linea se redusira el par con el cuadrado de la reduccion del voltaje de linea, y la reduccion de par producira un incremento del deslizamiento. Aunque reducir el voltaje de linea y el par como metodo de incremento del deslizamiento, servira para controlar la velocidad hasta cierto grado en motores monofacicos de fase partida, particularmente, y en motores de induccion pequeños, en general, resulta el metodo menos saticfactorio de control de la velocidad para motores polifasicos, ya que el par motor maximo a la mitad del voltaje nominal es un cuarto del mismo a dicha tension nominal. Por lo tanto, no es posible obtener el par nominal, ni siquiera la mitad del mismo, porque la velocidad del motor disminuya rapidamente y este se para antes de que pueda desarrollar el par nominal.
  
  
           Entonces, para que este metodo funcione, es necesario que el par de carga se redusca considerablemente a medida que se reduce el voltaje y la velocidad en el estator; por lo que funcionara de forma aceptable en un motor parcialmente cargado.
   
          Si una carga tiene una caracteristica par-velocidad como la mostrada en la imagen # 4, la velocidad del motor puede ser controlada en un rango limitado, variando el voltaje de linea. Este metodo de control de velocidad se utiliza a veces para manejar pequeños motores de ventilacion.
   
  
  
  Imagen 4: Control de velocidad por relacion del voltaje de linea.
  
  
  Control de la frecuencia de linea.
  
  
     Si se cambia la frecuencia electrica aplicada al estator de un motor de induccion, la velocidad de rotacion de sus campos magneticos nsinc, cambiara en proporcion directa al cambio de frecuencia electrica, y el punto vacio sobre la curva caracteristica par-velocidad cambiara con ella. La velocidad sincronica del motor en condiciones nominales se conoce como velocidad base. Utilizando control de frecuencia variable es posible ajustar la velocidad del motor por encima o por debajo de la velocida base, tal como se muestra en la imagen # 5; en donde la velocidad base es de 1800 r.p.m. 
  
  
  
  Imagen 5: curva caracteristica par-velocidad para todas las frecuencias.
  
  
  
  
  
  
  Control de la velocidad mediante relacion voltaje/frecuencia.
   
     Cuando se opera a velocidades inferiores a la velocidad base del motor es necesario reducir el voltaje aplicado a las terminales del estator para obtener una operación adecuada. El voltaje aplicado en las terminales del estator debera disminuir linialmente con la disminucion de la frecuencia en el. Este proceso se llama degradacion (derating). Si esto no se hace, se saturara el acero del nucleo del motor de induccion y fluiran corrientes de manegtizacion execivas en la maquina.
  
  
     Para entender esto recuerdese que el flujo en el nucleo de un motor de induccion se puede encontrar en la ley de Faraday:
  
  
  
  
  
  Si se aplica un voltaje v(t) = VM  Sen wt  al nucleo, el flujo Ø resultante es:
  
  
  
  
  
     Notose que la frecuencia electrica aparece en el denominador de esta expresion. Entonces, si la frecuencia electrica aplicada al estator disminuye en 10 %, mientras que la magnitud del voltaje aplicado al estator permanece constante, el flujo en el nucleo del motor se incrementara cerca del 10 %, al igual que la corriente de magnetizacion.
  
  
  
  
  
  Imagen 6: curva par-velocidad para velocidades por debajo de la velocidad base suponiendo que el voltaje de linea disminuye linealmente con la frecuencia.
  
  
  
  
     Cuando el voltaje aplicado de un motor de induccion varia linealmente con la frecuencia por debajo de la velocidad base, el flujo en el motor permanece aproximadamente constante.
  
  
     La imagen # 6 muestra una familia de curvas caracteristicas par-velocidad del motor de induccion para velocidades menores que la velocidad base suponiendo que la magnitud del voltaje del estator varia linealmente con la frecuencia.
  
  
     Cuandola frecuencia electrica aplicada al motor excede la frecuencia nominal del motor, el voltaje del estator es mantenido constante en el valor nominal. Cuanto mayor sea la frecuencia electrica sobre la velocidad base, mayor sera el denominador de la ecuacion anterior. Puesto que el termino del numerador se mantiene constante cuando se opera sobre la frecuencia nominal, disminuyen el flujo resultante en la maquina y el par maximo.
  
  
  
  Imagen 7: familia de curvas caracteristicas par-velocidad para velocidades por encima de la velocidad base y el voltaje constante.
  
  
  
  
  
  

  La imagen # 7 muestra una familia de curva s caracteristicas par-velocidad del motor de induccion a velocidades por encina de la nominal si el voltaje del estator se mantiene constante.